Выявление проблемных ситуаций при автоматизации технологического процесса производства бетона



Ключевые слова: технологический процесс, автоматизация, производство бетона, БСУ, АСУ ТП

Строительство — одна из наиболее эффективных, с точки зрения вложения средств, отраслей экономики и, на данный момент, одна из самых прибыльных сфер деятельности. В связи с ростом объема строительства, особое внимание следует уделить развитию бетонных заводов и совершенствованию функционирования бетоносмесительных установок.

Для решения вопросов обеспечения строительной отрасли современным и качественным бетоном целесообразно автоматизировать технологический процесс его производства. При этом возникают различные проблемные ситуации.

1. Автоматизирование производства бетона.

В производстве бетона применяют ресурсосберегающие технологии, которые позволят снизить себестоимость продукции не изменив качество, то есть автоматизацию технологического процесса изготовления бетонных смесей. При существовании автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) бетоносмесительного завода можно добиться высокого качества при изготовлении бетонных смесей на отечественном сырье.

Замена только системы управления не будет решением всех проблем потому как большинство бетонно-смесительных узлов (БСУ), подходящих под реконструкции (модернизации), введены в эксплуатацию 30–50 лет назад. И если БСУ могут функционировать длительное время, то оборудование, критично важное для качества работы и ее безаварийности (а точнее элементы системы дозирования, контроля и управления), морально устаревает намного быстрее, чем исполнительные механизмы комплекса [9].

Рис. 1. Типичный вид бетоносмесительного узла (БСУ)

Внедрение современных технологий при управлении производством бетонных смесей и растворов просто необходимо. Потребности в качественном бетоне растут, в первую очередь для бурно развивающегося монолитного строительства. Итого, ввод АСУ ТП будет соответствовать своему предназначению, а денежные вложения в модернизацию гарантируют качественную работу БСУ еще на 15–20 лет [5].

2. Проблемы ввода сетевого оборудования всистему автоматизирования производства.

Существует потребность автоматизации не только отдельных участков труда, но и обеспечить связью разные технологические процессы и функциональные блоки, потому что сборочные работы в отдельных отраслях могут достигать показателя в 20–50 % от общего количества потраченной энергии. Нередко производственные линии достигают нескольких километров в длину, что ощутимо затрудняет поддержание непрерывного ритма сборки или обработки [3].

Проблема внедрения проектов — это главнейшая проблема в работе по автоматизации производств, последующая отладка процессов, наблюдение за выполнением поставленных задач. Наличие связей между множеством элементов требует соответствующей организации эффективного использования системы. Необходимо единство стандартов взаимосвязи для обеспечения работоспособности системы, нормального взаимодействия. Минусами такого вида устройства может оказаться аварийная работоспособность сети, результатом которой возможно станет обрыв связующих магистралей. Чтобы этого не произошло применяют дублирующие каналы связи, топологию типа «кольцо».

3. Проблемы автоматизирования промышленных процессов.

Одна из проблем в технологии приготовления бетонных смесей — это автоматическое корректирование количества воды, добавляемой в перемешиваемую бетонную смесь при переменной влажности заполнителей [6]. Управление процессом взвешивания и дозирования материалов связано с обеспечением требуемой точности (не хуже, чем по ГОСТ 7473–94), что всегда представляло острую научно-техническую проблему [8].

В соответствии с этими требованиями сыпучие исходные материалы для бетонной смеси дозируют по массе (кроме пористых заполнителей, которые дозируют по объёму с коррекцией по массе). Погрешность дозирования исходных материалов весовыми дозаторами цикличного и непрерывного действия не должна превышать для цемента, воды, сухих химических добавок, рабочего раствора жидких химических добавок ±1 %, а для заполнителей ±2 %. Погрешность дозирования пористых заполнителей не должна превышать ±2 % по объёму.

Проведение автоматизации системы дозирования песка, щебня и цемента, системы раздачи бетона, а также системы учета расхода материалов по изготовлению бетона и некоторых видов ЖБИ позволяет снизить перерасход сырья [1].

4. Влияние внедрения автоматики на экономический эффект.

В целом от ввода автоматики любых частей или этапов технологического процесса, БСУ, РБУ (растворно-бетонный узел), АСУ ТП получается экономический эффект — прибыль. Как пример, эффективность внедрения АСУ подтверждается существенным экономическим эффектом и сроком окупаемости, как правило, меньше двух лет [9].

Анализ многочисленных научно-исследовательских разработок и публикаций позволяет утверждать, что применение средств автоматизации в процессе приготовления бетонной смеси позволяет повысить производительность смесительного оборудования на 10–12 %. Сократить расход дорогостоящего цемента до 20 кг на один кубический метр бетонных смесей, повысить однородность и в целом качество приготавливаемых бетонных смесей и растворов. А с учетом того, что объемы бетонных работ составляют 250 млн. куб. м в год и количество бетоносмесительных узлов и установок — около 40 тыс. шт., то годовой экономический эффект от внедрения разработок по применению средств автоматизации в технологии приготовления бетонных смесей составит около 200 млн. руб. на все смесеприготовительное оборудовании [4].

Автоматика БСУ, РБУ, ЖБИ, АСУ ТП позволяет освободить большую часть персонала, который планируется задействовать на новых мощностях. Автоматизация производственных процессов позволяет получить возможность более эффективно использовать средства, и в перспективе расширить производство [2].

Литература:

1. Албагачиев А. Ю., Кушнир А. П. Вероятностная оценка точности изготовления // Научные труды IV Международной научной конференции. «Фундаментальные исследования и инновационные технологии в машиностроении». — М.: Спектр, 2015. — С. 27–30.
2. Боронихин А. С. Основы автоматизации производства железобетонных изделий: Учеб. пособие для вузов. — 2-е изд. прераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1981. — 270 с.
3. Кочетов В. С., Ларченко А. А., Немировский Л. Р. и др. Автоматизация производственных процессов и АСУП промышленности строительных материалов. — Л.: Стройиздат. Ленингр. Отделение, 1981. — 456 с.
4. Ларкин И. Ю. Автоматизация технологического процесса производства бетонных смесей в смесителях циклического действия: автореф. дис. канд. тех. наук. МАДИ, М., 2005.
5. Холопов В. А., Ладынин А. И. Анализ структур АСУТП по отношению к типам производства // Промышленные АСУ и контроллеры. — 2015. — № 6. — С. 7–11.
6. Холопов В. А., Павлов Н. Г. Проблемы конфигурирования компонентов автоматизированной системы управления технологическим процессом // Вестник Московского государственного университета приборостроения и информатики. Серия: Машиностроение. — 2012. — № 43. — С. 27–31.
7. Черниговский А. И. Современное состояние и перспективы систем автоматизации бетонных заводов // Современные технологии автоматизации. — 2007. — № 4. — С. 6–17.
8. Шилкина С. В., Филатова А. Ю. Автоматизация процесса приготовления бетонной смеси как средство повышения эффективности производства бетона // Вестник МГСУ. — 2011. — № 6. — С. 248–251.